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江西省公路舊橋加固技術(shù)研究與實(shí)踐
一、問題的提出
隨著時(shí)間的推移，任何公路橋梁都將成為舊橋，都會(huì)因各種原因不同程度地存在缺陷、病害需要維修、加固和改造。江西省大部分二十世紀(jì)六、七十年代修建的、設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低的公路橋梁仍在服役，截止2000年底，江西的危橋有427座, 13849延米, 舊危橋改造任務(wù)十分繁重，全部推倒重來的思想既不現(xiàn)實(shí)，也不科學(xué)，更不應(yīng)該。因此，我省在八十年代初，在不斷提升技術(shù)等級(jí)的公路改造、改建過程中，即開始公路舊橋加固改造技術(shù)的研究與實(shí)踐。先后針對(duì)不同橋型、不同的加固技術(shù)和方法，完成了多項(xiàng)舊橋加固改造方面的科研項(xiàng)目，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效果，其中兩項(xiàng)獲江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)。由于舊橋檢測(cè)、評(píng)定與加固技術(shù)是一項(xiàng)既綜合復(fù)雜又在不斷發(fā)展和更新的技術(shù)，也是公路工程技術(shù)人員共同關(guān)心的熱點(diǎn)問題。所以，下面簡(jiǎn)要介紹江西省在公路舊橋加固技術(shù)的一些研究成果和實(shí)橋情況。
二、主要開展的科研項(xiàng)目介紹
1、我省于1983年完成“提高小型梁板橋承載能力的研究”，為定性地衡量改建前后橋梁剛度及承載能力提高程度，提出了“剛度提高度”和“承載能力提高度”兩個(gè)指標(biāo)，以及計(jì)算方法。兩者反映的是全橋狀況，前者指全橋剛度提高了的倍數(shù)，后者指全橋承載能力提高了的倍數(shù)。該項(xiàng)成果多次被外省引用。
2、1988年～1991年完成的“錨噴砼加固雙曲拱橋的研究”，使一座五孔跨徑45米的雙曲拱橋由原設(shè)計(jì)荷載：汽－13，拖－60，提高到汽－超20，掛－120，并安全通過總重134噸的超重車。該項(xiàng)成果，經(jīng)交通部科技情報(bào)所檢索查新證實(shí)，在當(dāng)時(shí)屬全國采用錨噴砼加固橋梁中，跨徑最大、提高橋梁荷載等級(jí)最多。
3、1994年成功完成全國首座梁底側(cè)采用體外預(yù)應(yīng)力直索加固提載梁式橋的研究，并同時(shí)采用錨噴技術(shù)，解決了體外預(yù)應(yīng)力索銹蝕和受溫度變化失效的技術(shù)難題。
4、1996年完成了“帶掛孔普通鋼筋砼雙懸臂梁橋加固研究”課題，成功地應(yīng)用鋼纖維砼解決了橋面負(fù)彎矩區(qū)砼開裂、致使鋼筋銹蝕的問題。
5、成功完成懸臂式拓寬梁式橋和拱式橋橋面的研究，使凈－7的橋面拓寬至凈－9+2×1.5米人行道，總寬12.5米。
6、成功完成碳纖維布加固梁式橋的研究，并通過加固前后鑒定性靜載試驗(yàn)證實(shí)了提高抗彎能力的加固效果。
7、先后成功應(yīng)用粘貼鋼板、粘貼鋼筋、外包砼和套拱法等加固橋梁上部結(jié)構(gòu)；以及多種方法加固橋梁下部結(jié)構(gòu)。
三、典型橋梁的加固方案介紹
1、德興香屯大橋（錨噴法、雙曲拱橋）
1.1 大橋設(shè)計(jì)簡(jiǎn)況
香屯大橋是通往德興銅礦公路上的一座大橋，1969年8月竣工通車。
大橋設(shè)計(jì)荷載為汽—13，拖—60，橋面凈寬為凈-7+2×0.25m。上部構(gòu)造為5孔45m（矢跨比1/6）的雙曲拱，橫向6肋5波。下部構(gòu)造為重力式實(shí)體橋墩和加后座的U型橋臺(tái)。除德興臺(tái)奠基于密實(shí)卵石層以外，其余墩臺(tái)均建于千枚巖基巖上。
1.2 香屯大橋病害狀況
�。�1）主拱圈裂縫
①主拱圈中波縱向裂縫，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)各孔中波波頂均存在縱向裂縫。
�、诶摺⒉ㄟB接處裂縫。各孔拱波與拱肋連接處大部分均發(fā)生裂縫。
③拱肋裂縫。各孔拱肋均有橫向裂縫，有不少是U形裂縫，這些裂縫多發(fā)生在拱頂前后10m左右范圍內(nèi)。
④橫系梁裂縫。為數(shù)較少但除第1、4孔外均有發(fā)現(xiàn)。
�。�2）主拱圈軸線下降
主拱軸線普遍下降，拱頂下降5～18cm，L/4點(diǎn)下降0～9cm，而且上下水下降值很不一致。
�。�3）橋面變形及破碎
橋面縱向變形已呈波浪形，但高差尚不很大。而橋面破碎現(xiàn)象甚為嚴(yán)重，且集中在3、4、5孔及兩臺(tái)后座上，在墩頂附近伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達(dá)，以致破碎露筋。
（4）腹拱、立墻病害
腹拱及立墻均為漿砌片石材料，由于防水層質(zhì)量差，許多腹孔及立墻上均有滲水痕跡，以致發(fā)現(xiàn)不少因長年流水侵溶懸掛著的“石筍”。腹拱圈及立墻上也發(fā)現(xiàn)有裂縫。
�。�5）橋臺(tái)后座變形嚴(yán)重
兩橋臺(tái)后座擋墻與橋臺(tái)連接處沉降縫均增大至8～10cm（設(shè)計(jì)為2cm），且從外部可見內(nèi)部填料中的空洞。在橫向、后座兩擋墻均偏出橋臺(tái)外緣5～8cm。后座上橋面沉陷多次,修補(bǔ)時(shí)發(fā)現(xiàn)其填料在上層2m左右為煤渣，車輛通過時(shí)，煤渣則由沉降縫處外泄，因而其上路面不能穩(wěn)定。
�、荻张_(tái)身裂縫
各橋墩上均存在豎向裂縫，反映了施工時(shí)混凝土澆筑及水泥、骨料質(zhì)量的一定問題，但裂縫多般為早期出現(xiàn)的許多裂縫，因年代較久，沿縫出現(xiàn)白色晶體析出物。
漿砌片石橋臺(tái)上亦發(fā)現(xiàn)不少豎向、斜向裂縫，但較細(xì)微。
1.3 香屯大橋加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)
通過對(duì)該橋進(jìn)行檢查及分析的情況來看，尚未發(fā)現(xiàn)墩臺(tái)基礎(chǔ)出現(xiàn)病害的反映，即使是置于非巖石基底上的德興岸橋臺(tái)亦未發(fā)現(xiàn)位移的跡象，所以大橋的加固主要針對(duì)上部構(gòu)造和橋臺(tái)后座。
1.3.1 主拱圈加固
原橫系梁尺寸偏小，橫向聯(lián)系差，屬薄弱構(gòu)件，針對(duì)這一病害，將原橫系梁由116×15×18cm加大截面尺寸至116×15×50cm，把拱頂部分三根橫系梁改為橫隔板116×30×84cm，以加強(qiáng)橫向整體性，使全拱寬共同受力。除端系梁外，其它橫系梁原定用噴錨技術(shù)施工，后改為預(yù)制安裝。
由于主拱圈受力大，裂縫多，采用拱肋及拱波部分外包鋼筋網(wǎng)并噴射25#厚6cm砼加固拱圈截面，以提高各孔的整體剛度和承載力，為使拱腳應(yīng)力減小，在每跨拱腳至第二腹孔的拱圈頂現(xiàn)澆30#鋼筋砼， 厚10cm，其設(shè)計(jì)圖如下：
1.3.2 橋面
原橋面缺乏穩(wěn)定而堅(jiān)實(shí)的基層，整體性差，有必要將原橋面徹底清除，并挖除部分砂礫墊層（如是非砂礫填料，必須挖除，換上砂礫填料，夯實(shí)），再加鋪水泥穩(wěn)定砂礫基層，厚15cm，其上澆筑20cm厚鋼筋砼橋面。
1.3.3 橋臺(tái)后座加固
將橋臺(tái)后座上路面除去，改成30#鋼筋砼單向簡(jiǎn)支預(yù)制板，厚35cm，支承于兩側(cè)墻上。用Φ24mm的錨固鋼筋使之與側(cè)墻相接，其上鋪裝15cm厚30#砼橋面,鋼筋砼板與后座填料間留有空隙，以使活載壓力直接作用在側(cè)墻上，從而減去了活載引起的對(duì)側(cè)墻的土壓力，并增加側(cè)墻抗剪能力和基底摩阻力。
1.4 加固后承載能力評(píng)定
�。�1）在汽—超20主要組合荷載，掛—120附加組合荷載和特掛—150附加組合荷載作用下，預(yù)測(cè)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力，變形和裂縫寬度均滿足規(guī)范規(guī)定的容許限值，因此本橋能承受汽—超20，掛—120和特掛—150。
�。�2）本橋采用噴錨混凝土補(bǔ)強(qiáng)提高舊橋承載能力達(dá)到預(yù)期效果。
�。�3）本橋噴錨混凝土補(bǔ)強(qiáng)層與舊橋共同作用是不完全的。由于噴錨混凝土中存在空穴，結(jié)合粘結(jié)強(qiáng)度不高等原因，共同作用程度僅達(dá)65.6%。建議今后采
用“濕噴法”進(jìn)行錨噴施工，提高新舊砼共同作用程度，使噴錨混凝土層與舊橋起到完全的整體作用，提高加固效果。
�。�4）由于老橋收縮、徐變已基本完成，所以噴錨混凝土不承受原橋及自身恒載，在工作階段僅承受活載，故噴錨混凝土強(qiáng)度不控制。
2、320國道靈溪大橋（體外預(yù)應(yīng)力直索加錨噴法、梁式橋）
2.1 靈溪大橋概況
靈溪大橋位于320國道上，原是一座年代已久的老式橋。該橋于1970年10月由七孔不等跨八字撐架木梁橋改建成七孔不等跨簡(jiǎn)支鋼筋混凝土梁橋，全長119.99m，上部構(gòu)造為四梁式T梁。下部構(gòu)造均為重力式墩臺(tái)、八字墻。設(shè)計(jì)荷載為汽—13、拖—60，橋面凈寬為凈-7+2×0.5m人行道。320國道改建成二級(jí)公路后，該橋通過的交通量較大，并常有200—300KN左右載貨重車經(jīng)過，且來往行人及自行車、板車亦較多。因此該橋成為全線縮頸段，時(shí)有交通事故發(fā)生。為確保交通暢通，與行人和車輛交通安全，經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)，將此橋加固和拓寬為荷載標(biāo)準(zhǔn)汽—20，掛—100，橋面凈寬為凈-9+2×1.5m人行道。
2.2 靈溪大橋拓寬加固方案
2.2.1 拓寬加固
靈溪大橋兩端引道已改建為二級(jí)公路，混凝土路面亦已修建完成。另改橋位新建已屬不可能。故僅就地改建或拓寬加固兩種方案進(jìn)行了比較。
�。�1）就地改建方案。為了不中斷交通，就地改建就必須搭便橋，由于橋下水深常年在3～4m左右（因下游建壩），搭便橋費(fèi)用較高；且改建需拆除原有上、下部結(jié)構(gòu)物，又需一筆可觀費(fèi)用。但改建后，各橋孔跨徑標(biāo)準(zhǔn)全部結(jié)構(gòu)都是“新”的，在心理上感覺更美觀、耐用、可靠。
�。�2）拓寬加固方案。此方案可不需搭便橋，只需適當(dāng)控制交通，邊通車邊拓寬加固。由于可以利用原有墩臺(tái)，拓寬加固主要在上部構(gòu)造上進(jìn)行，因而可節(jié)約更多投資。只要拓寬加固方案得當(dāng)，亦可滿足設(shè)計(jì)荷載要求。但橋孔尺寸長短不一，原橋混凝土標(biāo)號(hào)低，又有一定的病害，雖經(jīng)拓寬加固，似乎總感覺不如新橋。
經(jīng)過研究討論，認(rèn)為按照江西現(xiàn)時(shí)公路建設(shè)資金緊張的狀況，能節(jié)省的建設(shè)費(fèi)用應(yīng)盡量節(jié)約、以投入到其它必需的建設(shè)項(xiàng)目中去，故應(yīng)選擇拓寬加固方案。
2.2.2 原橋主梁加固增強(qiáng)方案
加固增強(qiáng)方法很多，如：①以錨噴或現(xiàn)澆混凝土方法增加T梁受拉區(qū)鋼筋及加大梁身斷面；②以鋼板粘貼加固增強(qiáng)；③以體外預(yù)應(yīng)力加固增強(qiáng)等。據(jù)計(jì)算，原主梁增強(qiáng)至能承擔(dān)汽車-20級(jí)，掛車-100的設(shè)計(jì)荷載需增加較多鋼筋，費(fèi)用較高，故不選用①法；②法因鋼板外露，需經(jīng)常養(yǎng)護(hù)且粘貼鋼板不易使其緊密與梁身結(jié)合，故亦未采用。③法所需鋼材較少，且施加預(yù)應(yīng)力可使梁裂縫減少或閉合，施工也簡(jiǎn)便，但也存在預(yù)應(yīng)力鋼材防銹蝕問題及加強(qiáng)經(jīng)常養(yǎng)護(hù)問題，同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼材直接受大氣溫度影響較大。經(jīng)反復(fù)研究，決定采用先用體外預(yù)應(yīng)力加固增強(qiáng)，再以噴射混凝土將其覆蓋的方案。此方方案既可解決預(yù)應(yīng)力鋼材防銹蝕問題，又可避免其直接受大氣溫度影響，同時(shí)噴射混凝土后尚可增加梁身抗剪能力。
（1）利用墩頂上兩孔梁端空間設(shè)置現(xiàn)澆橫向懸臂挑梁，其上安裝預(yù)制的微彎板。
（2）在挑梁懸臂部分架設(shè)預(yù)制的π形人行道梁。兩邊橋孔人行道梁較主梁長，一端支承在邊墩挑梁上一端支承在路堤上特設(shè)的支墩上，此舉系為了避免加寬橋臺(tái)。
�。�3）在人行道梁內(nèi)側(cè)的凸緣與舊橋面板間，用25號(hào)混凝土澆筑橋面加寬部分，橋面鋪裝層混凝土同時(shí)澆筑形成凈-9m行車道，在橋面鋪裝層及橋面加寬部分，均設(shè)置了鋼筋網(wǎng)，使整體性能加強(qiáng)。
�。�4）橋面伸縮縫設(shè)置在挑梁頂中心，將行車道鋪裝延伸搭架在挑梁上形成。挑梁上橋面鋪裝層下墊設(shè)二層油氈，使其能隨溫度收縮。伸縮縫中充填聚氨脂材料。
墩上懸臂梁及微彎板構(gòu)造圖
2.3 加固后試驗(yàn)結(jié)論
�。�1）從撓度測(cè)試結(jié)果表明，試驗(yàn)荷載下人行道梁和T梁撓度均很小。推算得的汽—20荷載（已考慮沖擊系數(shù)）作用下T梁撓度僅為3.607mm，其f/L=1/4574；人行道梁撓度為4.142mm，其f/L=1/4104，均遠(yuǎn)小于L/600，完全滿足使用要求。
從第二加載階段撓度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較表可看出，實(shí)測(cè)值大大小于相應(yīng)荷載的計(jì)算值，其校驗(yàn)系數(shù)僅為0.329～0.369，說明人行道梁和T梁的實(shí)際剛度比理論計(jì)算用的剛度大很多，如T梁計(jì)算開裂慣性矩為0.0978m4，返算的實(shí)際慣性矩為0.14135m4，而梁的計(jì)算換算慣性矩為0.23197m4。
�。�2）由測(cè)試資料可知，加固拓寬前后跨中加載彎矩增大1.631倍時(shí),實(shí)測(cè)的邊T梁撓度和梁底受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力僅分別增大1.071倍及1.063倍，可見該橋在加固拓寬后上部結(jié)構(gòu)承載能力大，安全可靠。
�。�3）由測(cè)試資料推測(cè)的汽—20荷載作用下梁的應(yīng)變、應(yīng)力值與行人荷載、恒載作用下梁的應(yīng)變、應(yīng)力值均較容許值為小，可見加固拓寬后橋梁結(jié)構(gòu)完全滿足設(shè)計(jì)要求。
2.4 大橋加固效果評(píng)價(jià)
�。�1）靈溪大橋采用先以體外預(yù)應(yīng)力加固T梁，后用錨噴混凝土使預(yù)應(yīng)力鋼束與梁體粘合的加固方法，是行之有效的，達(dá)到了預(yù)期的目的和效果。此法在國內(nèi)尚系第一次使用，它不僅使梁的抗彎、抗剪強(qiáng)度及剛度得以增大，且能有效地防止預(yù)應(yīng)力鋼束因暴露在大氣中引起銹蝕，也使其不直接受大氣溫度影響，即可使預(yù)應(yīng)力鋼束工作安全可靠，也減少了今后養(yǎng)護(hù)工作和費(fèi)用。該方法具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工操作容易、施工速度快和在施工過程中基本不中斷交交通等優(yōu)點(diǎn)。尤其通過施加預(yù)應(yīng)力，主梁將會(huì)產(chǎn)生上拱，這對(duì)改善舊橋的下?lián)蠣顩r是十分有利的，且可使裂縫減小或閉合。施加體外預(yù)應(yīng)力與噴射砼加固舊橋的組合體根治了原結(jié)構(gòu)由于裂縫等原因產(chǎn)生的應(yīng)力集中并恢復(fù)了原結(jié)構(gòu)變形的協(xié)調(diào)性，使其能抵御更大的外荷載。噴射砼包裹著預(yù)應(yīng)力鋼筋，既發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力的作用，又發(fā)揮了噴錨砼優(yōu)越性，也解決了體外預(yù)應(yīng)力鋼材養(yǎng)護(hù)難題，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，為類似橋梁的加固改造提供了一種十分有效的好途徑。
�。�2）靈溪大橋采用在墩上澆制的懸臂梁上架設(shè)人行道梁以加寬橋面的方法，使人行道梁除承受人行荷載外，還分擔(dān)了部分行車荷載，充分利用其承載能力，節(jié)約了建造新的深水墩臺(tái)的費(fèi)用，可供類似梁橋拓寬橋面參考。
（3）浮動(dòng)式工作平臺(tái)對(duì)加固梁橋是一種很經(jīng)濟(jì)的方法，本身安裝拆散均簡(jiǎn)單，使用穩(wěn)定安全。值得在橋下常年有水且不很高的梁橋加固時(shí)采用。
�。�4）該橋加固拓寬工藝簡(jiǎn)單，施工方便，設(shè)備少，加固費(fèi)用僅95萬元，如就地建新橋還需搭深水便橋，費(fèi)用較大，總需要費(fèi)用250萬元，加固拓寬費(fèi)用僅為其40%左右。經(jīng)濟(jì)效益顯著。
（5）該橋加固拓寬施工除部分項(xiàng)目系在半幅通車的情況下進(jìn)行的。其余均是讓車輛雙向通車，社會(huì)效益明顯。
�。�6）本橋設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是巧妙地利用了墩上懸臂梁來加寬橋面，避免加寬墩臺(tái)，即節(jié)省了經(jīng)費(fèi)，又大大加快了進(jìn)度，同時(shí)施工操作又簡(jiǎn)單。
�。�7）不同的橋梁具備不同的特點(diǎn)，
但同類型的橋梁有著相同的特性，其加固方法可以借鑒，但也要具體問題具體分析，巧妙地利用其特性，則許多難點(diǎn)就可迎刃而解。如靈溪大橋墩上懸臂梁、邊孔人行道梁的設(shè)置。
�。�8）該橋加固拓寬后營運(yùn)至今，經(jīng)跟蹤觀察使用情況良好。
3、贛州西河大橋（鋼纖維砼加固負(fù)彎矩區(qū)、雙懸臂梁橋）
3.1 西河大橋概況
贛州市西河大橋位于市區(qū)內(nèi)，跨越章江，為該市聯(lián)絡(luò)東西城區(qū)及由105國道進(jìn)入市區(qū)的跨江通道。該橋橋長256.2m，為9孔雙懸臂鋼筋砼梁橋，孔徑為12.6+7×33+12.6m。懸臂孔掛梁計(jì)算跨徑為14m。原設(shè)計(jì)荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈-7+2×1.5m人行道。該橋于1955年按蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)圖并參照洛河橋施工圖設(shè)計(jì)，1956年建成通車。
由于大橋建成后交通量日益增多，汽車載重愈來愈大，致使該橋已在主梁正、負(fù)彎矩區(qū)、牛腿上出現(xiàn)眾多裂縫，橋面鋪裝及伸縮縫亦出現(xiàn)破碎及其它損壞現(xiàn)象。由于該橋病害嚴(yán)重，故被禁止稍重車輛通過。1992年以來，贛州公路分局曾先后三次組織對(duì)該橋進(jìn)行檢查，拍攝錄像。1993年在對(duì)大橋進(jìn)行加固設(shè)計(jì)前，亦進(jìn)行了較全面細(xì)致的檢查。
3.2 大橋病害檢查情況
西河大橋病害主要表現(xiàn)在：
�。�1）主梁裂縫及主梁變形
主梁裂縫主要發(fā)生在錨跨中部（正彎矩區(qū)）梁的下緣及懸臂梁根部（負(fù)彎矩區(qū)）上緣，后者大都貫穿整個(gè)車行道翼板。各裂縫寬約在0.1～0.5mm之間。此類裂縫顯然是由于大量重車通過使梁的受拉區(qū)開裂，屬正常現(xiàn)象。但由于負(fù)變矩區(qū)裂縫在上面，雨水易從裂縫滲入梁內(nèi)，引起鋼筋銹蝕及砼強(qiáng)度降低。
主梁永久性變形嚴(yán)重，從橋欄桿柱變化，可明顯看到這種波浪起伏狀態(tài)，墩臺(tái)處與墩中橋面高差大者已達(dá)6cm左右。
（2）牛腿裂縫
牛腿裂縫大都發(fā)生在懸臂孔贛州方向的主梁牛腿上。裂縫大者達(dá)21mm之多，為支座附近豎直裂縫。第七孔處下水南昌方向牛腿砼在支座處脫落一塊，支座鋼板外移，鋼筋外露，支撐其上掛梁，銹蝕嚴(yán)重。掛梁上牛腿裂縫較少，大多是（嵌固端）轉(zhuǎn)角處斜裂縫或豎向裂縫。
在后來鑿開牛腿原砼時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于鋼筋較密，砼有澆筑不實(shí)之處，有空洞存在。
�。�3）橋面及伸縮縫
橋面呈波浪狀。橋面鋪裝層裂縫及破碎現(xiàn)象甚為嚴(yán)重，在墩頂處及掛孔牛腿上伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達(dá)，以致破碎脫落。究其原因，可能是因橋面鋪裝層下是較軟的油毛氈防水層，在重車及沖擊荷載作用下易產(chǎn)生這種破裂現(xiàn)象。
懸臂孔上伸縮縫全部破壞，縫壁破碎。
3.3 西河大橋加固方案
在進(jìn)行加固前靜載試驗(yàn)的同時(shí)，我們也進(jìn)行了對(duì)該橋主要部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算。計(jì)算表明，對(duì)該橋單純采取修補(bǔ)的方法，只能恢復(fù)到滿足汽—10荷載的要求，而不能滿足汽—20荷載運(yùn)行的要求。
按容許應(yīng)力法計(jì)算，懸臂孔支點(diǎn)截面受壓區(qū)砼最大應(yīng)力達(dá)13.5Mpa，超出實(shí)際砼容許壓應(yīng)力值；而按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，跨中截面正截面強(qiáng)度不足，梁所能承受之最大彎矩為11839.87KN.m，不能滿足所需承受的彎矩13184.81KN.m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查、試驗(yàn)及計(jì)算分析資料，要使西河大橋通過加固達(dá)到承受汽—20、掛—100荷載等級(jí)的要求，就必須對(duì)主掛梁牛腿、主梁及其上橋面鋪裝進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，并對(duì)牛腿支座及伸縮縫加以改造。
3.3.1 懸臂孔主梁及掛梁牛腿的加固
（1）經(jīng)計(jì)算，牛腿最弱截面為θ=28.86°或θ=41.19°（不計(jì)H）的斜截面，按偏心受拉構(gòu)件驗(yàn)算，拉應(yīng)力分別為2.0及2.2Mpa，按對(duì)牛腿截面尺寸能否符合裂縫控制要求驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)牛腿截面尺寸不足，公式Fvk≤β（1－0.5（Fhk/Fvk））（ftk/（0.5+a/ho））中系數(shù)β需≥1.39方能滿足，而承受靜力荷載的牛腿抗裂度取值至少應(yīng)是β=0.80。依上可見，加固前牛腿狀況顯然不安全。加以牛腿伸縮縫處不平順、不平整引起的跳車、沖擊，可使垂直荷載實(shí)際上增大很多。因而牛腿砼內(nèi)部微裂縫不斷發(fā)展，最后引起嚴(yán)重開裂而破壞。
（2）由于牛腿是懸臂梁橋的一個(gè)關(guān)鍵部位，它是否牢固可靠對(duì)橋梁能否維持安全通行是起決定作用的因素之一。牛腿又是懸臂梁的薄弱環(huán)節(jié)，牛腿處梁高突變減小，截面凹折轉(zhuǎn)角多，而要傳遞的集中力數(shù)值非常大，且頻繁承受車輛沖擊力作用，所以是受力非常復(fù)雜的部位�，F(xiàn)有各種驗(yàn)算方法帶有相當(dāng)?shù)慕菩�，還不能完全反映受力情況。為此，對(duì)牛腿加固我們提出了兩種方案：
方案一：鑿除原牛腿的低標(biāo)號(hào)砼（舊170號(hào)砼），改為澆筑30號(hào)鋼纖維砼。澆筑鋼纖維砼時(shí)，在新老砼結(jié)合面上涂以環(huán)氧砂漿以增進(jìn)兩者粘結(jié)。
方案二：將掛梁從兩個(gè)支點(diǎn)擱在主梁上改為以多支點(diǎn)擱在端橫梁上。此種方案，可使原牛腿上受力減少，但牛腿的砼則因破碎開裂，仍需鑿除后重澆新砼；端橫梁也因原寬度不足及標(biāo)號(hào)過低，也需鑿除重澆加寬，這就增大了工程量。該方案另一缺點(diǎn)是傳力情況不明確。
實(shí)橋加固時(shí)采用了第一方案。
3.3.2 主梁負(fù)彎矩的加固
根據(jù)檢查、測(cè)試資料及計(jì)算成果，主梁負(fù)彎矩區(qū)在一般荷載下即產(chǎn)生大量裂縫，其上橋面鋪裝層亦產(chǎn)生大量網(wǎng)裂。此種裂縫不僅不美觀，使人產(chǎn)生不安全感，在實(shí)際上也會(huì)因雨水滲入主梁和翼緣板中，導(dǎo)致銹蝕受力鋼筋，影響橋梁使用壽命。
在考慮加固方案時(shí)，根據(jù)計(jì)算資料增加了縱向受拉鋼筋，置于原鋪裝層范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果還表明，由于新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的荷載負(fù)彎矩作用，橋面砼的拉應(yīng)力將達(dá)到3.96Mpa，采用現(xiàn)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中所列各標(biāo)號(hào)普通砼均仍會(huì)因抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度無法滿足而使梁頂開裂；只有采用鋼纖維砼，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度有可能大于此拉應(yīng)力，從而保證橋面不出現(xiàn)裂縫。故我們?cè)诩庸谭桨钢袑?duì)負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層采用澆筑鋼纖維砼，要求其與梁頂翼緣板真正牢固連成整體。所以在將梁頂翼緣板頂打毛外，還要在其上設(shè)錨筋和在頂面上刷粘層劑使新老砼緊密結(jié)合。在澆筑鋼纖維砼鋪裝層前，尚需用高分子化學(xué)材料壓入梁頂?shù)牧芽p內(nèi)，使裂縫粘合。
對(duì)此負(fù)彎矩區(qū)加固提出的另一種方案是在橋面鋪裝層范圍內(nèi)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固。此措施旨在使橋面原裂縫進(jìn)一步閉合，同時(shí)可因懸臂負(fù)彎矩減小而減小懸臂端撓度，并減輕主梁和掛梁銜接處沖擊。該方案因施工工期短、施工技術(shù)較新，且需一定設(shè)備，一般施工隊(duì)伍不一定具備條件而放棄。
3.3.3 主梁錨跨及掛梁正彎矩區(qū)加固
在按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，在汽—20、掛—100荷載作用下主梁截面強(qiáng)度不滿足，故需補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)的措施是在鑿去原橋面鋪裝層及油毛氈后，將原橋面打毛，用錨桿在原鋪裝層厚度范圍內(nèi)加一層鋼筋網(wǎng)，然后澆筑30號(hào)UEA補(bǔ)償收縮自防水砼。采用UEA補(bǔ)償收縮自防水砼的目的是因?yàn)閁EA補(bǔ)償收縮是一種適度膨脹的砼，在鋼筋和鄰位約束下，可在砼中建立0.2～0.7Mpa預(yù)壓應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)達(dá)到抗裂防滲的目的，即解決防水問題。掛梁則除在原鋪裝層厚度范圍內(nèi)不增鋼筋網(wǎng)外，其余均與主梁加
固方法相同。
3.3.4 主梁裂縫粘合
為改善主梁負(fù)彎矩區(qū)受力情況，并增加梁板耐久性能及剛度，同時(shí)為了在加固施工中需要將導(dǎo)梁移孔時(shí)，主梁及掛梁能安全承受在上通過的導(dǎo)梁設(shè)備重，本橋加固設(shè)計(jì)采用了以高分子化學(xué)材料對(duì)主梁及掛梁裂縫以壓灌的方法，使裂縫予以粘合。
3.4 試驗(yàn)結(jié)果
（1）贛州西河大橋加固前后采用兩輛黃河牌重車加載時(shí)，盡管加固后試驗(yàn)荷載的內(nèi)力較加固前大9%左右，但在相同位置上實(shí)測(cè)的應(yīng)力值，仍見明顯減小，說明加固效果是較好的。
�。�2）在黃河車及大交通車作用下，考慮了沖擊系數(shù)實(shí)測(cè)活載應(yīng)力值，與恒載應(yīng)力計(jì)算值合計(jì)值，均小于砼軸心抗壓強(qiáng)度和鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。說明該橋承載能力完全滿足設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)（汽—20、掛—100）。
�。�3）由實(shí)測(cè)最大撓度值可見，錨跨跨中撓度為計(jì)算跨徑的1/4583，遠(yuǎn)小于規(guī)范的1/600。懸臂跨懸臂端在兩列大交通作用下的撓度為懸臂長度的1/788，小于規(guī)范的1/300。說明加固后橋梁剛度是較好的。
3.5 加固效果與跟蹤觀察
贛州西河大橋通過在橋面鋪裝層內(nèi)增設(shè)縱向鋼筋，用鋼纖維砼重新澆筑牛腿和澆筑負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝層，用GJK-1高分子化學(xué)材料粘合梁體裂縫等措施，將西河大橋原僅能承受汽—10、拖—60的承載能力提高到汽—20、掛—100標(biāo)準(zhǔn)，說明此種加固方法是有效的。施工期限也較短，經(jīng)費(fèi)也較少，完全可以應(yīng)用到同類的雙懸臂鋼筋砼梁橋加固上。該橋經(jīng)加固后開放交通至今，使用情況一直良好，經(jīng)跟蹤觀察未發(fā)現(xiàn)新的病害。
4、320國道黃花大橋（懸臂拓寬橋面、雙曲拱橋）
4.1 黃花大橋概況
黃花大橋位于江西省萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)改建后的320國道K1127至K1128段，是萍鄉(xiāng)市湘東鎮(zhèn)于1974年建成的、跨越萍水河下游的一座鋼筋砼雙曲拱橋，全長188m，主橋三跨，每跨凈距28.5m，兩岸引橋各為六孔，跨徑4～6m不等。主橋設(shè)計(jì)荷載：汽-13，拖-60，橋面凈寬7.3m，無人行道，矢跨比1/6，設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)M=2.20，主拱圈寬度為8m，拱圈厚0.88m，立柱式腹拱墩。下部構(gòu)造為：15#片石砼實(shí)體墩和橋臺(tái)，橋墩頂寬2.5m，基礎(chǔ)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。
1987年320國道改線測(cè)設(shè)時(shí)經(jīng)與新橋方案反復(fù)比較后決定利用該橋。為判定黃花大橋既有結(jié)構(gòu)狀況和承載能力及進(jìn)行加固的可行性，1992年元月對(duì)該橋進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)檢查和靜載試驗(yàn)，以期對(duì)大橋上下部構(gòu)造的承載能力（強(qiáng)度和剛度）進(jìn)行鑒定，為加固拓寬利用該橋提供科學(xué)依據(jù)。
4.2 加固技術(shù)及采用方案
4.2.1 上部構(gòu)造
由于設(shè)計(jì)荷載增大，橋面拓寬，車輛橫向不利位置較原橋面凈寬不利位置外移（原橋設(shè)計(jì)荷載為汽-13，拖-60，橋面凈寬：凈-7.3+2×0.25m安全帶），增加了人行道活載，故對(duì)主拱圈，腹拱圈、拱上立柱等均采用錨噴砼加固，邊肋亦予以加寬，拱背現(xiàn)澆砼加固。
4.2.2 下部構(gòu)造
根據(jù)結(jié)構(gòu)檢查和靜載試驗(yàn)結(jié)果，證明主橋墩臺(tái)的強(qiáng)度和剛度能滿足現(xiàn)設(shè)計(jì)荷載要求，地基也堅(jiān)實(shí)可靠，故對(duì)主橋墩臺(tái)不予加固。
4.2.3 大橋拓寬技術(shù)的研究
�。�1）拓寬原則
由于原橋面凈寬7.3m，無人行道，為配合二級(jí)路的寬度要求，需將橋面拓寬至12m，即凈-9+2×1.5m人行道。而主橋兩岸引橋（引道）均鋪筑好砼路面，故主橋拓寬必須沿橋中心線對(duì)稱地在上下游加寬。
�。�2）拓寬方案擬定與比選
①拓寬方案一
于墩臺(tái)上挑出懸臂梁，然后增設(shè)邊拱肋，修建拱上構(gòu)造，拓寬橋面至凈-9+2×1.5m，重修橋面鋪裝。
優(yōu)點(diǎn)：拓寬部分直接傳力到墩臺(tái)上，受力明確，對(duì)原橋各拱肋受力影響不很大。
缺點(diǎn)：墩臺(tái)上挑出的懸臂梁，因要承受增設(shè)的拱肋，故必須做得較強(qiáng)勁，造價(jià)較高，施工難度較大。
②拓寬方案二
在橋的兩側(cè)和重修的橋面一道現(xiàn)澆車行道懸臂板和人行道懸臂梁，再在人行道懸臂梁上擱置微彎板。
優(yōu)點(diǎn)：采用懸臂梁（板）加微彎板結(jié)構(gòu)，構(gòu)件輕巧，并充分利用了重建砼橋面作為懸臂梁（板）的錨固端，造價(jià)比方案一低，施工（安裝）也方便。
缺點(diǎn)：懸出部分主要依靠邊肋承受，故受力不如方案一有利，因此應(yīng)對(duì)拱肋予以加固加強(qiáng)。
經(jīng)對(duì)方案一、二的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，最后采用拓寬方案二作為本橋拓寬方案。
（3）拓寬設(shè)計(jì)要點(diǎn)
�、儆捎谠摌�?yàn)榭崭故诫p曲拱橋，現(xiàn)采用懸臂梁結(jié)構(gòu)來拓寬大橋橋面，所以應(yīng)盡量使懸臂梁處于拱上立柱或附近，使得盡量通過立柱來傳力給主拱圈和墩臺(tái)上。
�、谲囆械罉蛎鎽冶郯搴腿诵械缿冶哿焊恐в谠皹騻�(cè)墻上，懸臂板和懸臂梁相交處亦澆成一個(gè)整體。人行道板采用輕巧的少筋微彎板。
�、蹫榧訌�(qiáng)主橋的整體性，減少橋面接縫，橋面鋪裝采取全橋連續(xù)續(xù)，僅在橋面兩頭各設(shè)置一道伸縮縫，橋面在跨墩（柱）部分底層設(shè)置鋼筋網(wǎng)。
4.3 黃花大橋加固效果與社會(huì)效益分析
�。�1）社會(huì)效益好。
黃花大橋于1993年10月完成加固與拓寬施工并通車，營運(yùn)至今，大橋狀況良好，現(xiàn)該橋通行的交通量達(dá)8000余輛/日。
�。�2）本橋梁采用錨噴鋼筋砼加固和懸臂式拓寬的技術(shù)方法改造，不僅便于施工，確保質(zhì)量，而且施工期間可不中斷交通，因而社會(huì)效益顯著。
�。�3）本橋采用加固拓寬方法改造，不僅在總體上具有上、下部構(gòu)造配合恰當(dāng)之優(yōu)點(diǎn)，而且給人們以輕巧、優(yōu)美、安全之感，施工亦安全簡(jiǎn)便，質(zhì)量易于保證，工期短。從而說明該橋加固拓寬設(shè)計(jì)新穎、美觀、實(shí)用，結(jié)構(gòu)合理，便于施工。
�。�4）該橋梁改造工程費(fèi)用低。經(jīng)加固拓寬后的黃花大橋，不僅滿足了汽-20，掛-100，凈-9+2×1.5m人行道的二級(jí)公路橋梁設(shè)計(jì)要求，而且比新修橋梁節(jié)約經(jīng)費(fèi)150多萬元。同時(shí)節(jié)約了大量的鋼筋、水泥、木材等建筑材料。
�。�5）黃花大橋的加固與拓寬設(shè)計(jì)被江西省交通廳授以優(yōu)秀設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。
5、進(jìn)賢北門橋（外包砼加大截面、剛架拱橋）
5.1 北門橋的概況
進(jìn)賢北門橋位于江西省進(jìn)賢縣縣城，于1984年竣工通車。北門橋橋梁總長55.6m,主孔為1孔凈跨36m的剛架拱，矢跨比為1/6，南北副孔為跨徑6.0m的微彎板組合梁�；A(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)為組合式L形橋臺(tái)與樁基礎(chǔ)，橋面凈空為凈-7+2×1.0m人行道，原設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級(jí)，掛車-100。
北門橋通車后，在對(duì)該橋進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，部分拱腿拱腳斷面上緣即出現(xiàn)裂縫。1987年撫州供電局運(yùn)輸一臺(tái)主變壓器時(shí)，上海城建學(xué)院曾對(duì)該橋進(jìn)行檢測(cè)，上述裂縫深達(dá)450mm左右，裂縫寬度為0.6-0.8mm。檢測(cè)后所附《進(jìn)
賢北門橋承載能力評(píng)價(jià)報(bào)告》中指出：“剛架拱與副孔簡(jiǎn)支梁的伸縮縫北邊拉開12mm，南邊拉開20mm，說明橋臺(tái)有水平位移，不均勻沉降和轉(zhuǎn)動(dòng)，北邊橋臺(tái)沉降較南岸橋臺(tái)多一些，以上變位主要是由于臺(tái)后高填土沉降引起，橋臺(tái)變位是引起拱腿根部開裂的主要原因之一。”
由于拱腿系剛架拱橋的主要受力桿件，考慮到安全問題，南昌公路分局將該橋列為危橋，對(duì)通行車輛采取限載100KN通過。
5.2 病害檢查
�。�1）拱腿病害
拱腿根部拱腳處有7處出現(xiàn)由上自下裂縫，拱腿拱腳處上緣裂縫寬度南岸橋臺(tái)2－5mm，北岸橋臺(tái)2－3mm。
�。�2）橋臺(tái)病害
橋臺(tái)立墻出現(xiàn)全斷面橫向裂縫，南、北橋臺(tái)八字墻受土壓力作用向外突出。
�。�3）部分微彎板組合橫梁出現(xiàn)由下自上裂縫，縫寬0.2～0.4mm。
�。�4）行車道主要發(fā)現(xiàn)橫向裂縫，主孔與南、北副孔伸縮縫均向兩側(cè)滑動(dòng)，而且有一定規(guī)律可循。
5.3 加固方案及其內(nèi)容
通過對(duì)老橋的計(jì)算分析，我們認(rèn)為應(yīng)對(duì)老橋進(jìn)行全面加固，并依靠加固后老橋本身的結(jié)構(gòu)來達(dá)到滿足通行超重平板車是一個(gè)最為安全和兼顧長遠(yuǎn)利益。
（1）加固的具體范圍及內(nèi)容
�、俟澳_斷面
拱腳斷面由于開裂嚴(yán)重，且經(jīng)常處于水位之下，所以必須重點(diǎn)加固�？刹捎靡韵罗k法：將拱腿斷面保護(hù)層鑿開，在原主筋旁焊接新的主筋，并增加新的箍筋。鋼筋數(shù)量由電算得出，鋼筋長度在裂縫位置左右3m內(nèi)可滿足錨固的要求。裂縫用環(huán)氧樹脂填死閉合。然后澆筑新的混凝土，再在其外拱腿四周用粘貼鋼板并打栓釘?shù)霓k法來特別加強(qiáng)。
②上弦桿下緣
主孔方面：由于每片上弦桿的下緣僅寬30cm，按照計(jì)算最不利截面將對(duì)應(yīng)配13Φ22，所以加固還必須采用加大斷面法，鑿開下緣保護(hù)層，露出主筋和箍筋，將箍筋接長，焊上新的主筋。然后澆筑新的混凝土，再在局部幾個(gè)斷面的下緣用粘貼鋼板并打栓釘?shù)霓k法來特別加強(qiáng)。
�、鄹笨追矫妫翰捎脻M堂腳手來加固。
�、軜蛎嫒婕庸�
因?yàn)槭┕べ|(zhì)量良好的橋面，將會(huì)提高微彎橋面板的承載力，并且頂層鋼筋將參與抵抗弦桿斷面負(fù)彎矩，所以決定鑿除原有破損橋面，除配常規(guī)的構(gòu)造鋼筋外，在負(fù)彎矩區(qū)加設(shè)受力鋼筋，縱向可設(shè)在弦桿計(jì)算的負(fù)彎矩區(qū)起抗拉作用，橫向全橋布置，并保證截面的厚度，以提高微彎橋面板的承載力。
�、輼蚺_(tái)立墻等
5.4 荷載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定
�。�1）靜載試驗(yàn)荷載效率各控制載面已達(dá)到0.823、0.783、0.838，滿足有關(guān)規(guī)程要求。
�。�2）靜載試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)加固后的2#、3#拱肋在彈性范圍內(nèi)工作，橋臺(tái)基礎(chǔ)在次重車加載的情況下幾乎沒有位移，整體結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度滿足重車通行。
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